本技術(shù)涉及核工業(yè)控制系統(tǒng)功能安全領(lǐng)域，特別是涉及一種多核異構(gòu)可配置冗余度執(zhí)行控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、目前，自主研發(fā)的安全級數(shù)字化控制系統(tǒng)，如分布式控制系統(tǒng)(distributedcontrol?system，dcs)大都采用cpu或現(xiàn)場可編程門陣列(field-programmablegatearray，fpga)技術(shù)。cpu技術(shù)內(nèi)部執(zhí)行器是完全固化的處理單元，因其處理單元缺乏異構(gòu)性限制導(dǎo)致其難以滿足核工業(yè)領(lǐng)域的多樣性需求。

2、功能安全完整性在系統(tǒng)架構(gòu)上往往采用不同的硬件冗余配置，以滿足功能安全完整性的不同等級要求。一旦硬件配置確定后設(shè)備無法進(jìn)行更改，靈活性差，采用硬件冗余配置成本相對較高。

3、近年來，有廠家開展功能安全型asic設(shè)計(jì)，但著重強(qiáng)調(diào)的是冗余處理單元及表決機(jī)制，無異構(gòu)型處理單元，并不能根據(jù)功能安全完整性的不同等級要求進(jìn)行靈活配置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的是提供一種多核異構(gòu)可配置冗余度執(zhí)行控制系統(tǒng)及方法，可實(shí)現(xiàn)靈活冗余配置，提高部署應(yīng)用性。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)提供了如下方案：

3、第一方面，本技術(shù)提供了一種多核異構(gòu)可配置冗余度執(zhí)行控制系統(tǒng)，所述多核異構(gòu)可配置冗余度執(zhí)行控制系統(tǒng)包括：上位機(jī)和多核異構(gòu)執(zhí)行控制器；

4、所述多核異構(gòu)執(zhí)行控制器包括：系統(tǒng)配置接口單元、多核異構(gòu)執(zhí)行控制單元和冗余表決單元；

5、所述上位機(jī)與所述系統(tǒng)配置接口單元連接；所述多核異構(gòu)執(zhí)行控制單元與所述系統(tǒng)配置接口單元連接；所述冗余表決單元分別與所述系統(tǒng)配置接口單元和所述多核異構(gòu)執(zhí)行控制單元連接；

6、所述上位機(jī)用于獲取策略配置參數(shù)；所述策略配置參數(shù)包括：異構(gòu)執(zhí)行核類型、冗余度結(jié)構(gòu)和表決器類型；

7、所述系統(tǒng)配置接口單元用于根據(jù)所述策略配置參數(shù)進(jìn)行解析處理，得到解析后的策略配置參數(shù)，并對解析后的策略配置參數(shù)進(jìn)行譯碼處理，得到處理后的策略配置參數(shù)；

8、所述多核異構(gòu)執(zhí)行控制單元用于：

9、根據(jù)處理后的策略配置參數(shù)，基于設(shè)定執(zhí)行方式確定執(zhí)行配置的異構(gòu)執(zhí)行核；

10、基于執(zhí)行配置的異構(gòu)執(zhí)行核進(jìn)行邏輯處理，得到邏輯處理結(jié)果；

11、所述冗余表決單元用于：

12、基于設(shè)定的冗余度結(jié)構(gòu)表，根據(jù)處理后的策略配置參數(shù)進(jìn)行冗余度配置，得到執(zhí)行配置冗余度；

13、根據(jù)處理后的策略配置參數(shù)，確定執(zhí)行配置表決器類型，并采用預(yù)定義測試序列進(jìn)行周期性自測試以確保安全性；

14、基于所述執(zhí)行配置冗余度和所述執(zhí)行配置表決器類型，根據(jù)邏輯處理結(jié)果進(jìn)行表決，得到表決策略；所述表決策略用于控制多核異構(gòu)在不同執(zhí)行配置冗余度下進(jìn)行運(yùn)作執(zhí)行處理。

15、可選地，所述系統(tǒng)配置接口單元包括：通信端口模塊、譯碼器模塊和輸出選擇信號模塊；

16、所述通信端口模塊與所述上位機(jī)連接；所述譯碼器模塊與所述通信端口模塊連接；所述輸出選擇信號模塊分別與所述譯碼器模塊、所述多核異構(gòu)執(zhí)行控制單元和所述冗余表決單元連接；

17、所述通信端口模塊用于接收所述策略配置參數(shù)，并對所述策略配置參數(shù)進(jìn)行解析處理，得到解析后的策略配置參數(shù)；

18、所述譯碼器模塊用于對解析后的策略配置參數(shù)進(jìn)行譯碼處理，得到處理后的策略配置參數(shù)；

19、所述輸出選擇信號模塊用于輸出處理后的策略配置參數(shù)。

20、可選地，所述譯碼器模塊采用6bit的編碼數(shù)據(jù)switch_data對解析后的策略配置參數(shù)進(jìn)行譯碼處理。

21、可選地，所述異構(gòu)執(zhí)行核類型包括：i型、ii型、iii型和iv型；

22、其中，異構(gòu)執(zhí)行核采用的設(shè)計(jì)架構(gòu)，具體包括：

23、i型的異構(gòu)執(zhí)行核采用模塊化并行方式；ii型的異構(gòu)執(zhí)行核采用展開化并行方式；iii型的異構(gòu)執(zhí)行核采用模塊化串行方式，采取單一運(yùn)算核心，數(shù)據(jù)串行輸入執(zhí)行；iv型的異構(gòu)執(zhí)行核采用展開化串行方式，采取單一運(yùn)算核心，數(shù)據(jù)串行輸入執(zhí)行；

24、異構(gòu)執(zhí)行核采用的編碼語言，具體包括：

25、i型的異構(gòu)執(zhí)行核采用verilog?hdl語言進(jìn)行編碼；ii型的異構(gòu)執(zhí)行核采用vhdl語言進(jìn)行編碼；iii型的異構(gòu)執(zhí)行核采用verilog?hdl語言及vhdl語言混合的方式進(jìn)行編碼；iv型的異構(gòu)執(zhí)行核采用圖型化方式進(jìn)行邏輯搭建；

26、異構(gòu)執(zhí)行核采用的編碼方式，具體包括：

27、i型的異構(gòu)執(zhí)行核采用順序碼的方式進(jìn)行狀態(tài)機(jī)編碼，ii型的異構(gòu)執(zhí)行核采用獨(dú)熱碼的方式進(jìn)行狀態(tài)機(jī)編碼，iii型的異構(gòu)執(zhí)行核采用格雷碼的方式進(jìn)行狀態(tài)機(jī)編碼，iv型的異構(gòu)執(zhí)行核采用倒序碼的方式進(jìn)行狀態(tài)機(jī)編碼；

28、異構(gòu)執(zhí)行核采用的狀態(tài)機(jī)類型，具體包括：

29、i型的異構(gòu)執(zhí)行核采用一段式的狀態(tài)機(jī)；ii型的異構(gòu)執(zhí)行核采用兩段式的狀態(tài)機(jī)；iii型的異構(gòu)執(zhí)行核采用三段式的狀態(tài)機(jī)；iv型的異構(gòu)執(zhí)行核采用一段式、兩段式、三段式混合的狀態(tài)機(jī)；

30、異構(gòu)執(zhí)行核采用的數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式，具體包括：

31、i型的異構(gòu)執(zhí)行核采用奇校驗(yàn)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)；ii型的異構(gòu)執(zhí)行核采用偶校驗(yàn)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)；iii型的異構(gòu)執(zhí)行核采用和校驗(yàn)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)；iv型的異構(gòu)執(zhí)行核采用循環(huán)冗余校驗(yàn)crc的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)；

32、異構(gòu)執(zhí)行核采用的數(shù)據(jù)運(yùn)算方式，具體包括：

33、i型的異構(gòu)執(zhí)行核采用正向處理的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算；ii型的異構(gòu)執(zhí)行核采用反向處理的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算；iii型的異構(gòu)執(zhí)行核采用正交編碼計(jì)算的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算；iv型的異構(gòu)執(zhí)行核采用二元編碼計(jì)算的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算。

34、可選地，i型的異構(gòu)執(zhí)行核采用雙端口隨機(jī)存儲器dpram進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；ii型的異構(gòu)執(zhí)行核采用先進(jìn)先出存儲器fifo進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；iii型的異構(gòu)執(zhí)行核采用valid-ready的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；iv型的異構(gòu)執(zhí)行核采用請求-應(yīng)答的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

35、可選地，所述冗余度結(jié)構(gòu)的類型包括1oo1結(jié)構(gòu)、1oo1d結(jié)構(gòu)、2oo2結(jié)構(gòu)、1oo2結(jié)構(gòu)、1oo2d結(jié)構(gòu)、2oo3結(jié)構(gòu)、2oo3d結(jié)構(gòu)和2oo4結(jié)構(gòu)；其中1oo1d結(jié)構(gòu)、1oo2d結(jié)構(gòu)和2oo3d結(jié)構(gòu)均包括自診斷功能模塊。

36、可選地，基于所述冗余度結(jié)構(gòu)的類型不同，1oo1結(jié)構(gòu)和1oo1d結(jié)構(gòu)采用一個異構(gòu)執(zhí)行核；2oo2結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)1oo2和1oo2d結(jié)構(gòu)采用兩個異構(gòu)執(zhí)行核；2oo3結(jié)構(gòu)和2oo3d結(jié)構(gòu)采用三個異構(gòu)執(zhí)行核；2oo4結(jié)構(gòu)采用四個異構(gòu)執(zhí)行核。

37、可選地，所述表決器類型包括四取二表決器v1型、三取二表決器v2型、二取一表決器v3型、一取一表決器v4型以及二取二表決器v5型。

38、第二方面，本技術(shù)提供了多核異構(gòu)可配置冗余度執(zhí)行控制方法，所述多核異構(gòu)可配置冗余度執(zhí)行控制方法采用上述所述的多核異構(gòu)可配置冗余度執(zhí)行控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，所述多核異構(gòu)可配置冗余度執(zhí)行控制方法包括：

39、獲取策略配置參數(shù)；所述策略配置參數(shù)包括：異構(gòu)執(zhí)行核類型、冗余度結(jié)構(gòu)和表決器類型；

40、根據(jù)所述策略配置參數(shù)進(jìn)行解析處理，得到解析后的策略配置參數(shù)，并對解析后的策略配置參數(shù)進(jìn)行譯碼處理，得到處理后的策略配置參數(shù)；

41、根據(jù)處理后的策略配置參數(shù)，基于設(shè)定執(zhí)行方式確定執(zhí)行配置的異構(gòu)執(zhí)行核；

42、基于執(zhí)行配置的異構(gòu)執(zhí)行核進(jìn)行邏輯處理，得到邏輯處理結(jié)果；

43、基于設(shè)定的冗余度結(jié)構(gòu)表，根據(jù)處理后的策略配置參數(shù)進(jìn)行冗余度配置，得到執(zhí)行配置冗余度；

44、根據(jù)處理后的策略配置參數(shù)，確定執(zhí)行配置表決器類型，并采用預(yù)定義測試序列進(jìn)行周期性自測試以確保安全性；

45、基于所述執(zhí)行配置冗余度和所述執(zhí)行配置表決器類型，根據(jù)邏輯處理結(jié)果進(jìn)行表決，得到表決策略；所述表決策略用于控制多核異構(gòu)在不同執(zhí)行配置冗余度下進(jìn)行運(yùn)作執(zhí)行處理。

46、可選地，所述多核異構(gòu)可配置冗余度執(zhí)行控制方法，還包括：

47、根據(jù)冗余度結(jié)構(gòu)，對所述表決策略進(jìn)行降級策略的處理；所述降級策略包括：四取二表決器v1型降級為三取二表決器v2型、三取二表決器v2型降級為二取一表決器v3型、二取一表決器v3型降級為一取一表決器v4型。

48、根據(jù)本技術(shù)提供的具體實(shí)施例，本技術(shù)公開了以下技術(shù)效果：

49、本技術(shù)提供了一種多核異構(gòu)可配置冗余度執(zhí)行控制系統(tǒng)及方法，針對核工業(yè)領(lǐng)域?qū)?zhí)行控制技術(shù)不同等級的多樣性需求，并結(jié)合fpga技術(shù)硬件可重配置的特點(diǎn)，通過設(shè)計(jì)多核異構(gòu)執(zhí)行控制單元，并根據(jù)功能安全等級要求靈活配置出不同冗余度的多核異構(gòu)執(zhí)行控制。在保證系統(tǒng)執(zhí)行控制多樣性、安全性和靈活性的基礎(chǔ)上，還能有效提高系統(tǒng)應(yīng)用和部署的經(jīng)濟(jì)性。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)靈活冗余配置，提高部署應(yīng)用性。